【正文】 科學家認為,納米科技在生物醫(yī)學方面,甚至有可能超過信息技術(shù)和基因工程,成為決勝未來的關(guān)鍵性技術(shù)。我們有必要把納米科技和生物醫(yī)學工程概念進行拓展,把納米科技的理論與方法引入生物醫(yī)學工程的相關(guān)研究領(lǐng)域,創(chuàng)立新的邊緣學科——納米生物醫(yī)學工程。雖然它的廣泛應用尚有待時日,并潛在危險,但若沒有它,我們現(xiàn)在面臨的許多生物醫(yī)學工程問題就不可能得到滿意的解決。學科發(fā)展和社會需要是推動社會發(fā)展的巨大動力,學科發(fā)展可以創(chuàng)造新的需求,社會需求可以促進學科向深度和廣度發(fā)展。如今,納米科技在國際上已嶄露頭角,世界各發(fā)達國家紛紛開展納米科技的研究。但是,這些研究的水準與國際先進水平還有相當?shù)牟罹?離國家、社會的需求也有相當遠的距離。近年來,來自化學、物理、信息、藥物、生物和醫(yī)學等領(lǐng)域的科學家通過幾次研討會進一步明確了納米生物和納米醫(yī)學領(lǐng)域的研究方向和內(nèi)容,并建立了較密切的合作。RADA16I形成的水凝膠可用作新型的簡易止血劑,用于多種組織和多種不同類型傷口的止血。納米自組裝短肽材料RADA16I與細胞外基質(zhì)具有很高相似性,RADA16I納米支架可以作為一種臨時性的細胞培養(yǎng)人工支架,它能很好地支持功能型細胞在受損位置附近生長、遷移和分化,因而有利于細胞抵達傷口縫隙,使組織得以再生。研究人員設(shè)計的人造紅細胞輸送氧的能力是同等體積天然紅細胞的236倍,可應用于貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運動需要的額外耗氧等。向高分子材料中加入碳納米管可以顯著改善原有聚合物的傳導性、強度、彈性、韌性和耐久性,同時還可以改進基體材料的生物相容性。納米拓撲結(jié)構(gòu)的構(gòu)建有可能從分子和細胞水平上控制生物材料與細胞間的相互作用,引發(fā)特異性細胞反應,對于組織再生與修復具有潛在的應用前景和重要意義。將納米技術(shù)與組織工程技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建具有納米拓撲結(jié)構(gòu)的細胞生長支架正在形成一個嶄新的研究方向。而健康細胞只發(fā)射一種標準波長的光,以此鑒別癌變。血液細胞被導入一個發(fā)射激光的腔體表面,從而改變激光的形成。正像所預想的那樣,納米技術(shù)可以在血流中進行巡航探測,即時發(fā)現(xiàn)諸如病毒和細菌類型的外來入侵者,并予以殲滅,從而消除傳染性疾病。它的功能原理非常簡單,僅利用芯片表面微單元的幾何尺寸和表面特性,即可達到選擇和固定細胞及細胞面密度控制。以此,制出了可以捕捉和固定單個細胞的生物芯片,通過調(diào)節(jié)細胞間距等,研究細胞分泌和胞間通訊。近2年,已經(jīng)通過微制作(MEMS)技術(shù),制成了微米量級的機械手,能夠在細胞溶液中捕捉到單個細胞,進行細胞結(jié)構(gòu)、功能和通訊等特性研究。生物芯片是在很小幾何尺度的表面積上,裝配一種或集成多種生物活性,僅用微量生理或生物采樣,即可以同時檢測和研究不同的生物細胞、生物分子和DNA的特性,以及它們之間的相互作用,獲得生命微觀活動的規(guī)律。 納米生物技術(shù)納米生物技術(shù)是納米技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它即可以用于生物醫(yī)學,也可以服務于其它社會需求。具有良好的生物相容性,可生物降解或可被機體排出。具有較高的包封率。具有合適的粒徑與形狀。理想的納米藥物載體應具備以下性質(zhì):毒性較低或沒有毒性。納米粒子介導的藥物輸送是納米醫(yī)學領(lǐng)域的一個關(guān)鍵技術(shù),在藥物輸送方面具有許多優(yōu)越性。二氧化鈰納米顆?？梢郧宄壑械碾娍剐苑肿硬⒎乐我恍┯捎谝暰W(wǎng)膜老化而帶來的疾病。納米羥基磷灰石在體外對惡性腫瘤細胞產(chǎn)生明顯的抑制作用,而對正常細胞作用甚微,可望通過進一步的研究獲得一種區(qū)別于傳統(tǒng)的化療藥物的納米無機抗癌藥物。研究人員用GdC82(OH)22處理得肝癌的小鼠,同時對機體不產(chǎn)生任何毒性。例如,納米二氧化鈦樹脂基托材料具有一定的抗變形鏈球菌和抗白色念珠菌的效果,當樹脂基托中抗菌劑的濃度達到3%時,即可達到滿意的抗菌效果。納米抗菌藥物具有廣譜、親水、環(huán)保、遇水后殺菌力更強、不會誘導細菌耐藥性等多種性能。前者是對傳統(tǒng)藥物的改良,而后者強調(diào)的是把納米材料本身作為藥物。廣義的納米藥物可分為兩類:一類是納米藥物載體,即指溶解或分散有分子藥物的各種納米顆粒,如納米球、納米囊、納米脂質(zhì)體等?？茖W家指出,將磁性納米顆粒與藥物結(jié)合,注入到人體內(nèi),在外磁場作用下,藥物向病變部位集中,從而達到定向治療的目的,將大大提高腫瘤的藥物治療效果。將一些極其細小的氧化鐵納米微粒注入患者的腫瘤里,然后將患者置于可變的磁場中,氧化鐵納米微粒升溫到45~ 47度,這一溫度可慢慢熱死癌細胞。這種智能炸彈很小,僅有20nm左右,能夠進入并摧毀單個的癌細胞。它能夠被植入皮下,監(jiān)測血糖水平,在必要的時候釋放出胰島素,使病人體內(nèi)的血糖和胰島素含量總是處于正常狀態(tài)。 納米藥物和納米藥物載體這是納米醫(yī)學中的一個非?；钴S的領(lǐng)域,適時準確地釋放藥物是它的基本功能之一。動物實驗證明,運用這項研究成果,可以發(fā)現(xiàn)直徑3mm以下的肝腫瘤。肝癌患者由于早期沒有明顯癥狀,一旦發(fā)現(xiàn)常已到晚期,難以治愈,因而早期診斷極為重要。孕8周左右血液中開始出現(xiàn)非常少量的胎兒細胞,用納米粒很容易將這些胎兒細胞分離出來進行診斷。為判斷胎兒是否具有遺傳缺陷,以往常采用價格昂貴并對人體有損害的羊水診斷技術(shù)。在納米醫(yī)學時代，這些強有力的手段將使醫(yī)務人員能夠檢查患者的任何部位，且可詳盡到分子水平，并能以合理的費用，在數(shù)分鐘或數(shù)秒鐘內(nèi)獲得所需的結(jié)果。這種變化既包括物質(zhì)的原有性能變得更好,還可能有我們所意想不到的性能和效益,從而用來治病防病。納米醫(yī)學的奧秘在于,可以從納米量級的尺度來進行原來不可能達到的醫(yī)療操作和疾病防治。從定義來看,納米醫(yī)學可以分為兩大類,一是在分子水平上的醫(yī)學研究,基因藥物和基因療法等就是典型體現(xiàn)。Freitas曾給納米醫(yī)學下過一個較詳細的定義:他認為,納米醫(yī)學是利用人體分子工具和分子知識,預防、診斷、治療疾病和創(chuàng)傷,劫除疼痛,保護和改善人體健康的科學和技術(shù)。研究這些納米尺度的分子結(jié)構(gòu)和生命現(xiàn)象的學科,就是納米生物學和納米醫(yī)學。隨著現(xiàn)代生物學和現(xiàn)代醫(yī)學的不斷發(fā)展,人類在生物學和醫(yī)學等領(lǐng)域的研究內(nèi)容已開始從細胞、染色體等微米尺度的結(jié)構(gòu)深入到更小的層次,進入到單個分子甚至分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)?？陀^基礎(chǔ)是指，像其他物質(zhì)一樣，醫(yī)學研究的主體———人體本身是由分子和原子構(gòu)成的。研究者認為,這一興起于本世紀90年代的納米科技,必將雄踞于21世紀,對人類社會產(chǎn)生重大而深遠的影響。它的最終目標,是人類按照自己的意志操縱單個原子,在納米尺度上制造具有特定功能的產(chǎn)品,實現(xiàn)生產(chǎn)方式的飛 躍。時至今日,納米科技涉及到幾乎現(xiàn)有的所有科學技術(shù)領(lǐng)域。治療跨世紀的新學科——納米科技所謂/納米科技,~100納米的尺度上,研究和利用原子和分子的結(jié)構(gòu)、特征及相互作用的高新科學技術(shù),它是現(xiàn)代科學和先進工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。納米生物材料。本文就納米診斷技術(shù)、組織修復和再生醫(yī)學中的納米材料、納米藥物載體、納米藥物等方面的研究現(xiàn)狀與進展進行綜述,并探討納米醫(yī)學的發(fā)展前景。近幾年,納米技術(shù)突飛猛進,作為納米技術(shù)的重要領(lǐng)域的納米生物工程也取得了輝煌的成就。隨著研究的不斷深入，納米Si02一聚合物體系將在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮出它的重要作用。納米Si02可以改性多種高分子材料，通常對聚合物的機械性能如拉伸強度、彈性模量、斷裂伸長率，以及熱穩(wěn)定性、動態(tài)力學行為、光學行為等都有較大影響。盡管近年來對其研究較多, 并取得了較大進展, 但是對它的研究還不夠深入, 還有許多問題亟待研究和解決, 如納米SiO2在聚合物基體中的均勻分散問題, 納米復合材料的相界面結(jié)構(gòu), 納米SiO2 對聚合物性能影響的機理等。同時由于納米粒子尺寸小于可見光波長, 復合材料具有高的光澤度和良好的透明度。郭衛(wèi)紅等將經(jīng)過表面處理的納米SiO2分散于PMMA 單體中形成膠體, 原位聚合制備了PMMA/納米SiO2復合材料[30]。張啟衛(wèi)等利用溶膠凝膠法制備了PMMA/納米SiO2復合材料[29]。張而耕等用轉(zhuǎn)化劑、分散劑和穩(wěn)定劑制備了PPS/納米SiO2水基涂料[28]。納米SiO2粒子呈顆粒狀均勻分布在PPS 基體中, 尺寸在10～40 nm 范圍內(nèi)。納米SiO2的加入使得復合材料的摩擦性能比純PPEK 有了明顯提高, 當納米SiO2用量為7 % 時,材料的摩擦磨損性能最好, 并且在大載荷下納米SiO2 更能有效改善復合材料的摩擦磨損性能。靳奇峰等采用懸浮液共混法制備了納米SiO2填充新型雜萘聯(lián)苯聚醚酮(PPEK)復合材料[26]。 納米SiO2/聚醚酮類樹脂復合材料邵鑫等研究了納米SiO2對聚醚砜酮(PPESUK)復合材料摩擦學性能的影響[25]。形貌分析出粒子的存在不影響復合材料的結(jié)晶相。結(jié)果表明, 經(jīng)表面處理、用量為4 %的納米SiO2 與4 % 的PEgMAH 發(fā)生協(xié)同作用, 可以使PP/納米SiO2復合材料的沖擊強度提高40 %,拉伸強度提高10%, 耐熱溫度提高22℃。加入少量的納米SiO2后, LLDPE 薄膜對長波紅外線(7～11 μm)的吸收能力較純LLDPE 膜有顯著提高, 透光率略有下降, 但霧度提高。 納米SiO2/聚烯烴類復合材料張彥奇等采用熔融共混法制備了線性低密度聚乙烯(LLDPE)/納米SiO2復合材料[22]。楊勇等的研究表明, 采用納米SiO2改性后的PI 其熱穩(wěn)定性得到加強, 熱膨脹系數(shù)得到降低[20]。 納米SiO2/聚酰亞胺復合材料 聚酰亞胺(PI)是一種廣泛應用于航空、航天及微電子領(lǐng)域的功能材料, 它的優(yōu)點是介電性良好,力學性能優(yōu)良, 但其吸水性強和熱膨脹性高的缺點限制了他的應用。 納米SiO2/聚碳酸酯材料聚碳酸酯具有較好的透明性, 較高的硬度, 以及較強的蠕變性。結(jié)果表明,隨著SiO2納米粉的增加, 壓阻效應越來越顯著,在一定壓力范圍內(nèi), 材料電阻隨壓力呈線性增加。由于聚硅氧烷的高柔順性, 在溶膠－凝膠過程中不會因干燥而破裂, 該材料可以作為涂層改善基體(如聚合物、金屬)表面的物理化學性質(zhì)。Mackenzie 等制備的納米SiO2/硅氧烷復合材料在非氧化氣氛中加熱到1 000 ℃以上, 分子發(fā)生重排, 形成塊狀微孔體。 納米SiO2/硅橡膠復合材料王世敏等對納米SiO2/二甲基硅氧烷復合材料的光學、力學性能進行了研究[16]。結(jié)果表明, 共混法制得的納米復合物的拉伸強度、斷裂伸長率和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨納米SiO2含量的增加先上升然后逐漸下降。隨著SiO2含量的增加, 基體的拉伸強度、彈性模量表現(xiàn)為先下降后升高, 而基體的斷裂伸長率表現(xiàn)為先升高后下降。結(jié)果表明, 經(jīng)表面處理的SiO2在復合材料基體中分散均勻, 界面粘結(jié)好。復合材料的Tg和耐熱性也有所提高。劉競超等通過原位分散聚合法制得了納米SiO2/環(huán)氧樹脂復合材料[13]。結(jié)果表明, SiO2表面處理后, 復合材料性能得到提高, 使環(huán)氧樹脂增強和增韌。3聚合物/ 納米Si O2 復合材料的研究進展 納米SiO2/環(huán)氧樹脂復合材料Mascia等通過紅外光譜和定性黏度分析得知,納米SiO2 和環(huán)氧樹脂隨著環(huán)氧樹脂的分子量增加、加入偶聯(lián)劑、增加溶劑的極性以及提高反應溫度都會使二者的相容性提高[11]。但是，所用的無機組分的前驅(qū)物正硅酸烷基酯價格昂貴、有毒，因此為了降低制備成本，改善生產(chǎn)條件和減少環(huán)境污染，張啟衛(wèi)等[10]用硅酸鈉為無機si02組分的前驅(qū)物，與PVAC或PMMA的THF溶膠混合，經(jīng)溶膠一凝膠過程制備出聚合物／Si02雜化材料。通過烷氧基金屬有機化合物的水解、縮合，將細微的金屬氧化物顆粒復合到有機聚合物中并得到良好分散，從而在溫和條件下制備出具有特殊性能的聚合物／無機納米復合材料。由于陽離子偶氮化合物AIBA為引發(fā)劑的使用增強了與納米si02的相互作用，使效率大大提高。歐